微专题四 “隔膜”电解池的解法-【创新教程】2025-2026学年高中化学选择性必修1五维课堂同步课件PPT（鲁科版2019）

鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 鲁科化学·选择性必修一 微专题四　“隔膜”电解池的解法　 [专题精讲] 1．交换膜的功能及工作原理 (1)功能：使离子选择性定向移动，目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷。 (2)工作原理(以阳离子交换膜为例)：交换膜上有很多微孔，“孔道”上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过“孔道”，由浓度大的区域向浓度小的区域移动。阴离子移动到“孔道”处，受到“孔道”带负电荷基团的排斥而不能进入“孔道”中，因而不能通过交换膜。这就是“选择性”透过的原因。其构造与工作示意图如图所示：阴离子交换膜的构造和工作原理与此相同，只不过是“孔道”中带正电荷基团而已。 2．离子交换膜的类型 (1)阳离子交换膜：只允许阳离子通过； (2)阴离子交换膜：只允许阴离子通过； (3)质子交换膜：只允许质子通过。 3．有膜电解池试题的解题思路 (1)确定电解池的阴、阳极：根据外接电源的正负极、电子流向、电极现象等确定电解池的阴、阳极。 (2)根据交换膜的类型确定移动的离子及移动方向： ①阳离子交换膜：只有阳离子由阳极移向阴极； ②阴离子交换膜：只有阴离子由阴极移向阳极； ③质子交换膜：只有氢离子由阳极移向阴极。 (3)根据移动的离子书写判断电极反应式，判断溶液离子浓度、质量、pH的变化，判断电极产物等。 [典例示范] [典例]　(2020·山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　) A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2 B．电解一段时间后，阳极室的pH未变 C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移 D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量 解析：D　[A.依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O－4e－===4H＋＋O2，故A正确，但不符合题意；B.电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，故B正确，但不符合题意；C.由B的分析可知，C正确，但不符合题意；D.电解时，阳极的反应为：2H2O－4e－===4H＋＋O2，阴极的反应为：O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应为：O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误，符合题意；故选D。] [题后反思] 离子交换膜的判断 根据题给信息“采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备Cu2O”，结合电极反应式：2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，电解时OH－移动至阳极反应，应采用阴离子交换膜。 [专题精练] 1．纳米级Cu2O因具有优良的催化性能而受到广泛关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2Oeq \o(=====,\s\up17(通电),\s\do15(　))Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　) A．钛电极上发生氧化反应 B．阳极附近溶液的pH逐渐增大 C．离子交换膜应采用阳离子交换膜 D．阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O 解析：D　[钛电极与电源负极相连作阴极，发生氢离子得电子的还原反应，A项错误；根据总反应可得阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，消耗OH－，则阳极附近溶液的pH减小，B项错误、D项正确；阳极反应式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，则应采用阴离子交换膜，C项错误。] 2．硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===B(OH)eq \o\al(－,4)，H3BO3可以通过电解的方法制备。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法错误的是(　　) A．a与电源的正极相连接 B．阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ C．当电路中通过3 mol电子时，可得到1 mol H3BO3 D．B(OH)eq \o\al(－,4)穿过阴膜进入产品室，Na＋穿过阳膜进入阴极室 解析：C　[与a相连的石墨为阳极，则a与电源的正极相连接，故A正确；阳极上水失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故B正确；电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入阴极室，原料室中的B(OH)eq \o\al(－,4)通过阴膜进入产品室，故D正确；阳极室中氢离子通过阳膜进入产品室，理论上每生成1 mol H3BO3，需要1 mol H＋、1 mol B(OH)eq \o\al(－,4)，故需要转移1 mol电子，故C错误。] 3．重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)。制备装置如图所示(阳离子交换膜只允许阳离子透过)： 制备原理：2CrOeq \o\al(2－,4)(黄色)＋2H＋===Cr2Oeq \o\al(2－,7)(橙色)＋H2O。 (1)通电后阳极室产生的现象为_______________________； 其电极反应式是________________________________________。 (2)该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrOeq \o\al(2－,4)＋4H2O===2Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋4OH－＋2H2↑＋O2↑，若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4，t min后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2，则溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为　________　；此时电路中转移电子的物质的量为　________　。 解析：(1)阳极发生氧化反应，溶液中氢氧根离子失去电子生成氧气和水。(2)直接设K2CrO4和K2Cr2O7物质的量分别为x、y，则钾原子的物质的量为2x＋2y，铬原子物质的量为x＋2y，依据两原子个数比为3∶2，可求出两物质的物质的量之比为2∶1；根据铬酸钾的质量可求出铬原子总物质的量为0.2 mol，又t min后两物质的物质的量之比为2∶1，则铬酸钾为0.1 mol，重铬酸钾为0.05 mol，根据化学方程式可知，生成0.05 mol的重铬酸钾的反应中转移电子为0.05×2 mol＝0.1 mol。 答案：(1)阳极产生无色气体，溶液由黄色逐渐变为橙色　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)　(2)2∶1　0.1 mol $$